(57)【要約】      （修正有）【課題】相対的表面傾斜を低減できる第１の光学アセンブリ及び少なくとも１つの第２の光学アセンブリを有するｆθ対物レンズを提供する。【解決手段】ｆθ対物レンズ１は、調整のために回転される第１の対物レンズハウジング２に取り付けられた、第１のレンズ素子４と、第２の対物レンズハウジング３に取り付けられ且つ少なくとも１つのレンズ５、６、７を含み、ネスト式取り付け技術により、ネスト状セルに取り付けられた対物レンズハウジング部分を構成する、第２の光学アセンブリと、を有し、第１及び第２の対物レンズハウジングは、接続領域Ｖで互いに接続される。【選択図】図１
0003226604.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
以下の特徴部：
第１の対物レンズハウジング２に取り付けられた第１のレンズ素子４であって、前記第１の対物レンズハウジング２は調整のために回転される対物レンズハウジングである、第１のレンズ素子４、及び
第２の対物レンズハウジング３に取り付けられ且つ少なくとも１つのレンズ（５、６、７）を含む第２の光学アセンブリであって、ネスト状セルに取り付けられた対物レンズ部分である、第２の光学アセンブリ
を有し、前記第１及び第２の対物レンズハウジングは接続領域で互いに接続される、
ｆθ対物レンズ（１）。
【請求項２】
前記第１のレンズ素子（４）が個別レンズ又は少なくとも２つの組み合わされたレンズ素子からなるレンズ群であり、前記少なくとも２つの組み合わされたレンズ素子は、それらの間にごく短い距離しかない状態で、又は互いにガラス同士が接する状態でそれぞれ配置されることを特徴とする、請求項１に記載のｆθ対物レンズ（１）。
【請求項３】
前記第１及び第２の対物レンズハウジングが、互いに取り外し可能に接続される、特に相互にねじ留めされることを特徴とする、請求項１又は２に記載のｆθ対物レンズ（１）。
【請求項４】
前記第１の対物レンズハウジング（２）と前記第２の対物レンズハウジング（３）との間の軸方向距離を変える手段が、前記第１の対物レンズハウジング（２）と前記第２の対物レンズハウジング（３）との間に導入可能であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のｆθ対物レンズ（１）。
【請求項５】
前記第１の対物レンズハウジング（２）を前記第２の対物レンズハウジング（３）に第１の位置及びそれと異なる少なくとも１つの第２の位置で接続する手段（８０）が存在することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のｆθ対物レンズ（１）。
【請求項６】
レーザ材料加工用の構成であって、以下の特徴部：
光の束（Ｌ）を放出するためのレーザビーム源；及び
前記光の束（Ｌ）を加工面（ＢＥ）に集束するための請求項１〜５のいずれか一項に記載の対物レンズ
を有する構成。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案、第１の光学アセンブリと少なくとも１つの第２の光学アセンブリとを有するレーザ材料加工用のｆθ対物レンズに関する。これらのタイプの対物レンズは、例えば、レーザ材料加工用の走査装置で使用できるように、高出力レーザを集束するために使用される。
【背景技術】
【０００２】
レーザ及び材料加工用途は、使用される光学系の一段と高い光学的品質と、高度の製造安定性とを要求する、すなわち、相互の関連で生成される光学系の光学的性能の低い偏差を要求する。
【０００３】
使用される構成要素の製造許容誤差は、一般に、収差及び光学的品質の低下につながる。特に、ＵＶ及び固体石英光学系の分野では、これにより品質が著しく低下し、後処理にかかる費用が増大する。取り付け技術は、特にｆθ対物レンズの場合、中心的な要素である。現在の品質要件は、従来技術の標準技術ではもはや保証することができない。乱れは、特に、第１のレンズ素子又は複数の組み合わされたレンズ素子の表面傾斜によって引き起こされる。これらの組み合わされたレンズ素子は、例えば、レンズ１及び少なくとも１つのレンズ２であり得る。
【０００４】
標準のｆθ取り付け技術は、いわゆるネスト式取り付けによって区別される。ネスト式取り付けの原理は、レンズとスペーサリングの自動センタリングの概念に基づく。
【０００５】
従来技術から知られているように、ｆθ対物レンズを組み立てる場合、レンズはいわゆるチューブマウント（チューブ）に挿入され、所望のレンズユニット及びパラメータに応じてスペーサ要素（リング又はスペーサ）によって構成される。連続的に、実質的に円筒形のチューブとスペーサがマウントハウジングに挿入され、組み立てられる。不適切な組み立て又はスペーサの不規則性等に起因する逸脱がプロセス中に発生する可能性があり、これは最終的に調整誤差を引き起こし、したがってさらなる結果として画像収差などを引き起こす。これらの逸脱は、対物レンズのレンズユニット全体を通してレンズからレンズに伝達される。
【０００６】
例えば、（特許文献１）に記載されているように、メニスカスレンズ又は平凸レンズ若しくは平凹レンズを使用する場合、２部構成の対物レンズを有する解決策が用いられ、ここで、この第１レンズは、少なくとも１つの第１の面と、ほぼ同じ曲率半径の第２の面とを有し、第１の対物レンズハウジング内のこの第１のレンズは、接続領域で第２の対物レンズハウジングに直接隣接している。
【０００７】
また、スライドレンズ（高精度の特殊な対物レンズ）による調整のために回転されるマウントの技術も知られているが、これは高価で取り扱いが複雑であり、一般に大きなスペースを占める。
【０００８】
しかしながら、上記の表面傾斜の乱れの影響は、（特許文献１）からの解決策によっても排除することができない。
【０００９】
レンズ素子の個々の表面の相対的な表面傾斜は、レンズの傾きとレンズのウェッジエラーの組み合わせから生じる。第１のレンズ素子での大きな入射角のため、これは一般的にセンタリングに最も敏感であり、性能への悪影響は最大である。
【００１０】
本考案が取り組む問題は、ｆθ対物レンズ又はｆθ対物レンズと構造及び効果が類似している対物レンズについて、第１のレンズ素子又は第１のレンズ群の相対的表面傾斜を低減する解決策を提供することである。本考案の意味において、第１のレンズ群は、少なくとも２つの組み合わされたレンズ素子であると理解され、それらは間にごく短い距離しかない状態でそれぞれ配置される。ごく短い距離とは、レンズ素子の間にスペース要素を挿入することができず、レンズが実質的にガラス同士が接する状態で配置されている、又はその距離が１ｍｍ未満、好ましくは０．５ｍｍ未満の最小空隙をもっぱら含むことを意味する。さらに、この対物レンズは、安価に製造できる、軽量である、又はわずかな重量の増加で形成されるべきである。さらに、サイズは既知の対物レンズからわずかしか逸脱しないべきであり（最大の直径の増加は１０％未満）、対物レンズは組み立てる人によって簡単且つ再現可能に調整できるべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１７２０９３２５  Ａ１号明細書
【考案の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この問題は請求項１の特徴を有するそのような対物レンズに関して解決される。有利な実施形態は以下の記載及び図と組み合わせて従属項から明らかになる。
【００１３】
レーザ材料加工用の対物レンズ、特にｆθ対物レンズが提供され、この対物レンズは以下の特徴を有する：
第１の対物レンズハウジングに取り付けられた第１のレンズ素子（又は第１の組み合わされたレンズ素子）であって、第１の対物レンズハウジングは調整のために回転される対物レンズハウジングである、第１のレンズ素子、及び
第２の対物レンズハウジングに取り付けられ且つ少なくとも１つのレンズを含む第２の光学アセンブリであって、このアセンブリは、ネスト式取り付け技術によって作製され、したがってネスト状セルに取り付けられた対物レンズハウジング部分を構成し、第１及び第２の対物レンズハウジングは接続領域で互いに接続される、第２の光学アセンブリ。
【００１４】
２つの対物レンズ部品間の界面又は接続点Ｖは、さらに、
１）（例えば、適切なスペーサ要素をカスタマイズすることによって）２つの対物レンズ部品間の距離を設定するために、及び
２）互いに対する対物レンズ部品の向きを変えるために（すなわち、互いに対してひねられた対物レンズハウジング部分を再び相互にねじ留めするために）
使用される。
【００１５】
一実施形態において、第１の対物レンズハウジングは、第２の対物レンズハウジングに、特にそれらを相互にねじ留めすることによって、取り外し可能に接続される。取り外し可能な接続によって、特にねじ留め接続によって、第１の対物レンズハウジングを、特に素早く第２の対物レンズハウジングから分離することができる。
【００１６】
さらなる実施形態において、第１の対物レンズハウジングと第２の対物レンズハウジングとの間の距離を変える手段が、第１の対物レンズハウジングと第２の対物レンズハウジングとの間に導入可能である。この手段は、好ましくはスペース要素として形成することができる。そのような実施形態によって、第１及び第２の対物レンズハウジング間の距離を制御することができる。したがって、起こり得る画像収差を修正することができる。以下、第１及び第２の対物レンズハウジングを対物レンズハウジング部分と指定する。好ましくは、導入された手段は、調整のために回転される要素でもあり得る。
【００１７】
対物レンズハウジング部分間にスペーサリング（図示せず）を挿入することによって、（図１の）レンズ４と５の間の空気層を設定することができる。好ましくは高級鋼のフィルムを対物レンズハウジング部分間のスペーサリングとして使用することもできる。
【００１８】
ここに提示された手法は、レーザ材料加工用の構成をさらに提供し、ここでその構成は以下の特徴を有する：
光の束を放出するためのレーザビーム源；及び
光の束を加工面に集束するための本考案による対物レンズ。
【００１９】
添付図面を参照して本考案を例としてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本考案の例示的実施形態による概略図を示す。
【図２】本考案の例示的実施形態による組み立てられた対物レンズの外面図を示す。
【図３】図２による、本考案による対物レンズハウジング部分２の概略図を示す。
【図４】本考案のさらなる例示的実施形態による組み立てられた対物レンズの外面図を示す。
【図５】図４による、本考案による対物レンズハウジング部分２の概略図を示す。
【考案を実施するための形態】
【００２１】
本考案の好ましい例示的実施形態の以下の記載において、同一又は同様の参照符号が、様々な図面に示される同様に機能する要素に対して使用され、これらの要素の繰り返しの記載は省略される。
【００２２】
図１は本考案による対物レンズ１の可能な実現の概略図を示す。対物レンズ１は光の束Ｌ、例えばレーザビーム源からのレーザの束（より詳細には示されない）を、加工面ＢＥに投影する。
【００２３】
図は、接続領域Ｖで接続された対物レンズハウジング部分２及び３を示す。例示的実施形態によれば、２つのハウジング部分はねじ８で相互にねじ留めされ、ここでは１つのねじのみを断面図において見ることができる。ねじの数は用途に応じて変わり得る。
【００２４】
第１の対物レンズハウジング２は、第１のレンズ４を含む。このレンズ４はまた、ここには示されない組み合わされたレンズ素子として第１の光学アセンブリを形成できる。第１の対物レンズハウジング２は、調整のための回転によって製造される。調整のための回転中、レンズ又はレンズ群は、予めマウント（対物レンズハウジング部分２）に固定される。
【００２５】
調整のための回転中、取り付けられた光学部品は、調整用チャックにクランプされ、次いでレンズの光軸の位置は、スピンドル軸と整列される。マウントのシリンダは、それが光軸と同心であるように、及びマウントの端面が光軸に垂直であるように処理される。
【００２６】
第２の対物レンズハウジング３は、レンズ５と、２つのさらなるレンズ、この例示的実施形態ではレンズ６及び７とを含み、ここではこれら３つのレンズの正確な機能はこれ以上詳細には考察しない。これら３つのレンズは第２の光学アセンブリを形成する。図１の例示的実施形態においてなど、スペース要素９、１０をレンズ５、６、７の間に挿入することができる。
【００２７】
図２及び４に、本考案による対物レンズ１の２つの実施形態が示されている。図２及び４はそれぞれ３つの斜視図を含む。２つの対物レンズハウジング部分２及び３は、６個のねじ８によって（図２の実施形態）及び３個のねじ８によって（図４の実施形態）相互にねじ留めされる。明確にするため、それらの指定番号は３つ全ての斜視図には含まれない。ねじの数は機器及びパラメータに応じて変化し且つ選択され得る。
【００２８】
図３は、図２による調整のために回転される対物レンズハウジング部分２の実施形態を２つの斜視図において示す。
図５は、図４による調整のために回転される対物レンズハウジング部分２の実施形態を２つの斜視図において示す。
ねじ穴８０の数、したがって対物レンズハウジング部分を交換し合う可能性は、技術的及び科学技術的に好都合な範囲で非限定的である。対物レンズハウジング部分３に対する接続面ＶＦはそれぞれ右側の図において識別される。
【００２９】
そのような対物レンズ、特にｆθ対物レンズは、キロワット範囲の中及び高出力の微小材料加工での使用に好適である。ｆθ対物レンズは、特に長寿命であり且つ高精度のレーザ材料加工を可能にするという事実によって特徴付けられる。それらは、例えば、様々な材料の微細な構築、マーキング及び彫刻に使用することができる。
【００３０】
ｆθ対物レンズは特に高出力レーザ及び短時間パルスを伴う用途において開発され且つ使用される。特に前記対物レンズは、特に高いレーザ出力について固体石英対物レンズの吸収を最小限に抑える。後部対物レンズハウジング部分３が本質的に組み付けられる結果、新しい組み付け手順が必要になる場合、その状態は変化しない。光学的収差の簡単な補償が可能である。
【００３１】
本考案による新規対物レンズの、本考案に特に不可欠なアセンブリは、予想外に、及び単に既知の技術を組み合わせることによって、実現することができた。
【００３２】
２つの対物レンズハウジングは、少なくとも部分的にアルミニウム、真鍮及び／又は高級鋼から構成され、良好な加工性が有利である。機械的及び／又は熱負荷に対する２つの対物レンズハウジングの頑丈さだけでなくその重さも、材料の選択に同様に重要である。したがって、特に、場合によっては異なる材料ユニットによる、複数の部分ハウジングを互いに接続すること、特に相互にねじ留めすることもできる。
【符号の説明】
【００３３】
１  対物レンズ
２  第１の対物レンズハウジング部分
３  第２の対物レンズハウジング部分
４  第１のレンズ
５  レンズ
６  レンズ
７  レンズ
８  ねじ
９  スペース要素
１０  スペース要素
８０  ねじ穴
Ｌ  光の束
ＢＥ  加工面
Ｖ  接続領域
ＶＦ  接続面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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